用于半導體目標的度量的差分方法及設備的制造方法
【專利說明】用于半導體目標的度量的差分方法及設備
[0001 ] 相關申請案的交叉參考
[0002]本申請案主張由維拉.伊萬諾夫.潘德夫(Stilian Ivanov Pandev)等人于2013年8月11日申請的先前申請案第61/864，573號美國臨時申請案的權利，所述申請案的全部內容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003]本發明大體上涉及用于確定工藝參數或結構參數的方法及系統，且更特定來說，本發明涉及使用實驗設計(DOE)晶片或焦點曝光矩陣(FEM)晶片確定工藝參數或結構參數。
【背景技術】
[0004]用于集成電路的制造中的光刻或光學光刻系統已經出現了一段時間。此類系統已證明在產品中的非常小的細節的精密制造及形成方面非常有效。在大多數光刻系統中，通過經由光射束或輻射束(例如，UV或紫外光)傳遞圖案而將電路圖像寫入于襯底上。例如，光刻系統可包含將電路圖像投射穿過光罩及到涂覆有對輻照敏感的材料(例如，光致抗蝕劑)的硅晶片上的光源或輻射源。經曝光的光致抗蝕劑通常形成在顯影之后在后續處理步驟(舉例來說，如沉積及/或蝕刻)期間屏蔽所述晶片的層的圖案。
[0005]用于控制光刻工藝的兩個實例工藝參數為焦點及曝光(也稱為“劑量”)。焦點通常處置清晰度(光刻系統的光學子系統以所述清晰度呈現圖像)，且曝光通常處置用于形成圖案的光(或輻射)(例如通過光刻系統的光源產生的光)的量或劑量。焦點及曝光兩者皆以非普通方式影響電路圖案。舉例來說，焦點及曝光的變化可引起抗蝕劑分布及印刷于光致抗蝕劑中的電路的形狀的變化。
[0006]不同結構類型常常具有用于控制光刻焦點及曝光設置(在所述設置下可形成無缺陷的此類結構)的不同過程窗。用于不同結構的這些窗的交點可界定為焦點及曝光設置或窗的最優范圍。
[0007]目前，使用焦點曝光矩陣(FEM)以在焦點及曝光的多個組合下曝光晶片且接著檢驗對于最優抗蝕劑分布(更緊密匹配所要或最優抗蝕劑分布的抗蝕劑分布)的所得圖案來確定光刻系統的最優焦點及曝光設置。通常通過測量抗蝕劑分布的各種參數(例如CD)的CD掃描電子顯微鏡(CD-SEM)來執行檢驗。在大多數情況中，必須破壞(例如，切穿)晶片使得可測量這些參數。過程窗通常界定為保持最終抗蝕劑分布于指定規格內的焦點及曝光的區域(例如，過程窗通常包含最優焦點及曝光)。然而，用于確定最優過程窗的CD-SEM技術常常是耗費時間、不可靠的且不能夠測量某一側壁抗蝕劑分布。
[0008]此外，在IC結構大小持續縮小且過程窗余量也縮小時，在生產期間維持結構均勻度變得具有挑戰性。在制造中的若干因素(包含與光罩增強特征回旋的光刻單元曝光序列微擾)促成以非預期且常常不可預知的方式跨曝光場改變的特征響應。
[0009]鑒于前述內容，期望用于確定及監測光刻系統的最優焦點及曝光設置的改進技術。還期望用于確定任何合適工藝參數或結構參數的改進技術。
【發明內容】
[0010]下文呈現本發明的簡化概述以提供本發明的某些實施例的基本理解。此概述并非本發明的廣泛綜述且其并未識別本發明的關鍵/重要要素或描繪本發明的范圍。其唯一目的是以簡化形式呈現本文中所揭示的一些概念作為稍后呈現的更詳細描述的序言。
[0011]在一個實施例中，揭示一種確定用于半導體結構的工藝參數或結構參數的方法。從定位于半導體晶片上的多個區段中的一或多個目標獲取多個光學信號。所述區段與用于制造所述一或多個目標的不同工藝參數相關聯，且所述經獲取的光學信號含有關于頂部結構的所關注參數(POI)的信息及關于形成于此頂部結構下方的一或多個底層的一或多個底層參數的信息。產生特征提取模型以從此類經獲取的光學信號提取多個特征信號使得所述特征信號含有用于所述POI的信息且排除用于所述底層參數的信息。基于通過所述特征提取模型提取的所述特征信號來確定每一區段的每一頂部結構的POI值。
[0012]在特定實施方案中，產生特征提取模型包含對經獲取的光學信號執行數據集縮減技術以產生經變換的光學信號數據及產生所述特征提取模型以從所述經變換的光學信號數據提取特征信號。在又一方面中，經變換的光學信號數據為經獲取的光學信號的線性組合。在另一方面中，使用主分量分析(PCA)、核PCA(kPCA)、非線性PCA(NLPCA)、獨立分量分析(ICA)或局部線性嵌入(LLE)算法來完成數據集縮減技術。在又一實施例中，使用主分量分析(PCA)技術來完成數據集縮減技術且經變換的光學信號表示相對于由所述PCA技術所引起的第一主分量的經獲取的光學信號。
[0013]在替代實施方案中，通過訓練參數模型以基于特征信號確定每一頂部結構的POI值來完成確定POI，且所述方法進一步包含:(i)從一或多個后續晶片上的多個未知結構獲取多個光學信號;及(ii)使用特征提取模型及參數模型以確定所述未知結構的多個POI值。
[0014]—方面，經獲取的光學信號包含來自每一區段中的一或多個第一目標的第一組經獲取信號及來自每一區段中的一或多個第二目標的第二組經獲取信號，且特征提取模型使用殘余信號依據所述第二經獲取信號而預測所述第一經獲取信號中的每一者。一方面，一或多個第一目標具有頂層結構及底層結構且一或多個第二目標具有與所述一或多個第一目標相同的底層結構但排除所述一或多個第一目標的所述頂層結構。在此方面中，針對所述第一經獲取信號確定的殘余信號定義為特征信號。另一方面，一或多個第一目標具有頂層結構及底層結構且一或多個第二目標具有與所述一或多個第一目標相同的頂層結構但具有與所述一或多個第一目標不同的底層。在此方面中，針對第一經獲取信號確定的第二經獲取信號的函數定義為特征信號。
[0015]在另一實施例中，經獲取的光學信號包含來自每一區段中的特定目標的處于第一方位角的第一組經獲取信號及來自每一區段中的所述特定目標的處于第二方位角的第二組經獲取信號，且所述特定目標具有其上方形成有頂部結構的未經圖案化底層部分。所述第一方位角不同于所述第二方位角，且特征提取模型使用殘余信號依據所述第二經獲取信號預測所述第一經獲取信號中的每一者。針對所述第一經獲取信號確定的所述殘余信號定義為特征信號。在特定實例中，第一方位角為零且第二方位角為90°。在另一實施例中，經獲取的光學信號包含來自每一區段中的特定目標的多個二維射束輪廓反射測量(2DBPR)圖像，且所述特定目標具有其上方形成有頂部結構的未經圖案化的底層。在此實施例中，特征提取模型是使每一 2DBPR圖像與殘余信號擬合的徑向對稱函數，且針對所述圖像確定的所述殘余信號定義為特征信號。
[0016]在另一實施例中，使用以下中的一或多者來獲取光學信號:光譜橢圓偏光測量、穆勒矩陣光譜橢圓偏光測量、光譜反射測量、光譜散射測量、射束輪廓反射測量、射束輪廓橢圓偏光測量、單一波長、單一離散波長范圍或多個離散波長范圍。
[0017]在替代實施例中，本發明涉及一種用于檢驗或測量樣本的系統。此系統包括:照明器，其用于產生照明；及照明光學器件，其用于引導所述照明朝向定位于半導體晶片上的多個區段中的特定目標。使用包含不同焦點值的不同工藝參數形成所述區段。所述系統還包含:收集光學器件，其用于響應于照明而將來自定位于多個區段中的特定目標的多個光學信號引導到檢測器系統；及檢測器傳感器，其用于響應于所述照明而獲取來自所述多個區段中的所述特定目標的所述多個光學信號。所述系統進一步包含處理器及存儲器，其經配置以執行任何以上描述的操作。在特定實施方案中，所述系統呈橢圓偏光計的形式且包含用于產生照明中的偏光狀態的偏光狀態產生器及用于分析光學信號的偏光狀態的偏光狀態分析器。在其它實施例中，所述系統呈光譜橢圓偏光計、穆勒矩陣光譜橢圓偏光計、光譜反射計、光譜散射計、射束輪廓反射計或射束輪廓橢圓偏光計的形式。
[0018]下文參考圖式進一步描述本發明的這些及其它方面。
【附圖說明】
[0019]圖1說明隨用于改變曝光值的焦點而變化的⑶的實例柏桑(BossungPlot)圖。
[0020]圖2說明曝光相對于用于改變CD值的焦點的柏桑圖的第二實例。
[0021]圖3為說明根據本發明的一個實施例的用于確定最優焦點的技術的流程圖。
[0022]圖4A為根據本發明的一個實施例的隨三個信號組合而變化的簡化焦點及劑量數據集的圖。
[0023]圖4B說明根據本發明特定實施方案的用于圖4A的三維數據集的三個特征向量。
[0024]圖5A為根據本發明的一個實施例的隨焦點及變化的曝光而變化的一組光學信號的第一主分量(PCl)的第一實例柏桑圖。
[0025]圖5B包含根據本發明的另一實施例的映射為隨焦點及變化的曝光而變化的一組晶片輪廓區域的光學信號的PCl的第二實例。
[0026]圖5C為用于一組⑶值的第一主分量(PCl)的柏桑圖，從用于制造圖5A及5B的FEM晶片目標的相同FEM光罩結構模擬所述組CD值。
[0027]圖5D包含經變換成其第一主分量PCl且布置為隨焦點及變化的曝光而變化的一組輪廓區域的一組⑶值的晶片圖。
[0028]圖6為根據本發明的替代實施例的最優焦點與經編程的焦點之間的實例關系。
[0029]圖7為說明用于從具有不同頂層及相同底層的目標提取頂部結構所關注參數(POI)的過程900的流程圖。
[0030]圖8為呈形成于多個底層(一些所述多個底層還包含光柵結構)上方的頂層光柵的形式的實例第一目標的示意側視圖表示。
[0031]圖9為具有與圖8的目標相同的底層但排除圖8的頂層結構的第二目標的示意側視圖表示。
[0032]圖10為說明根據本發明的替代實施例的用于從具有頂層及底層結構兩者的目標提取頂部結構POI的替代過程的流程圖。
[0033]圖11為根據本發明的另一實施例的用于從具有使用兩個或兩個以上方位角的未經圖案化的底層的目標提取頂部結構POI的另一過程的流程圖。
[0034]圖12為說明根據替代實施例的利用二維射束輪廓反射測量(2DBPR)的程序的流程圖。
[0035]圖13說明根據本發明的一個實施例的度量系統。
【具體實施方式】
[0036]在以下描述中，闡述眾多特定細節以提供對本發明的透徹理解。可在不具有一些或所有這些特定細節的情況下實踐本發明。在其它實例中，未詳細描述眾所周知的過程操作以避免不必要地模糊本發明。雖然將結合特定實施例描述本發明，但應理解，不希望將本發明限于所述實施例。
[0037]引言
[0038]可使用柏桑圖視覺化從(例如)FEM晶片獲得的焦點曝光矩陣以促進光刻過程窗的確定。所述柏桑圖大體上標繪CD相對于用于改變曝光水平的焦點位置(例如圖1中的實例)。